PROPOSTE PER L ADEGUAMENTO SISMICO DI PALAZZO MARGHERITA A L AQUILA A. De Stefano, P. Clemente, G.P. Cimellaro Nuove idee per l adeguamento

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1 PROPOSTE PER L ADEGUAMENTO SISMICO DI PALAZZO MARGHERITA A L AQUILA A. De Stefano, P. Clemente, G.P. Cimellaro Nuove idee per l adeguamento sismico degli edifici storici

2 Definizione dello spettro di risposta (D.M. 14/01/2008) Vita Nominale V N =100 anni Coefficiente d uso C u =2 Periodo di riferimento V R = C u * V N = 200 Probabilità di superamento P Vr dipende dallo stato limite considerato

3 Definizione dello spettro di risposta (D.M. 14/01/2008) T R Periodo di ritorno (distribuzione esponenziale a g accelerazione orizzontale massima al sito F 0 valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale T * C* periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale Stato P Vr T R a g F 0 T * C limite [%] [] [g] [] [g] [ ] [] [s] SLO SLD SLV SLC Condizioni topografiche inclinazione media minore di 15, quindi ricadiamo in categoria a T1 coefficiente c e e topografico ST=1

4 Definizione dello spettro di risposta (D.M. 14/01/2008) Condizioni stratigrafiche prove con dilatometro sismico SDMT effettuate in Piazza del Teatro a L Aquila nell aprile del Velocità equivalente delle onde di taglio:

5 . ; Definizione dello spettro di risposta (D.M. 14/01/2008) Spettri di risposta in accelerazione e spostamento I dispositivi del sistema d isolamento devono essere verificati allo SLC (η=15%, q=1). Gli elementi strutturali della sovrastruttura devono essere verificati allo SLV considerando un fattore di struttura q=1.5

6 Identificazione dinamica Output Only Disposizione velocimetri (configurazione globale) X Y torre CH01 CH07 CH15 CH06 CH14 CH02 CH03 CH13 CH04 CH05 CH10 CH08 CH09 CH11 CH12 Nella configurazione globale tutti e 15 i velocimetri sono stati disposti al secondo piano del Palazzo

7 Analisi modale lineare con modello in SAP2000 Struttura schematizzata con elementi shell Variati i moduli elastici della pietra e della muratura in modo da far coincidere i risultati del modello con quelli ottenuti dall identificazione Dall analisi modale sull intera struttura sono stati estratti i risultati riguardanti i g primi modi propri di vibrare della torre Civica.

8 Analisi modale con modello in SAP2000 e validazione sperimentale 1 modo flessionale lungo x: f = 3.36 Hz T = 0.30 s Identificazione modale sperimentale f = 3.36 Hz T = 0.30 s 1 modo flessionale lungo y: f = 2.94 Hz T = 0.34s Identificazione modale sperimentale f = 2.70 Hz T=037s 0.37

9 Proposta secondo criteri classici: Proposta secondo criteri classici: Taglio della muratura ad una profondità minima sotto il piano campagna

10 Fasi di installazione degli isolatori sismici

11 Predimensionamento sistema di isolamento sismico Predimesionamento del sistema di isolamento con analisi statica lineare, tenendo conto dello spettro di risposta a stato limite di collasso (SLC) e ipotizzando un periodo equivalente T is della struttura isolata pari a 3 s. Di ogni piano è stata calcolati massa e centro di massa. Masse di piano calcolate considerando il peso effettivo del piano a cui è stata aggiunta la massa di metà delle muratura sopra e sotto il solaio. Per il sistema di isolamento sono state considerate 2 tipologie di isolatori elastomerici, in funzione di: a)spostamento massimo; b)carico verticale agente in presenza di sisma; c)carico verticale massimo allo SLU in esercizio; d)rigidezza orizzontale equivalente. Per la corretta disposizionei i si è cercato di minimizzare i i la distanza tra la proiezione i del centro di massa sul piano degli isolari e il centro di rigidezza del sistema di isolamento.

12 Tipologie di isolatori (da catalogo FIP industriale) Tipologia i 1: SI-N 800/160 Tipologia 2: SI-N 900/168 Relativi ad uno spostamento massimo di 300 mm Dove: SI isolatore elastomerico N mescola normale 800 diametro (in mm) 168 spessore totale degli strati gomma (in mm)

13 Caratteristiche degli isolatori elastomerici isolator e sigla N eff,slu N eff,sisma K h,eff K v,eff [-] [-] [kn] [kn] [kn/m] [kn/m] SI-N TIPO /160 TIPO2 SI-N 900/

14 Disposizione isolatori Gli isolatori elastomerici sono stati disposti perlopiù lungo il perimetro dell edificio. Isolatori utilizzati: n 68 di Tipo 1 n 5 di Tipo 2 n 47 sliders

15 Risultati analisi modale Modo Periodo Massa modale dir. X dir. Y Forma modale [-] [s] [%] [%] [-] traslazione lungo y traslazione lungo x torsione nel piano Spostamento massimo sugli isolatori dir. X dir. Y [cm] [cm] I risultati dell analisi modale possono essere migliorati andando a modificare la disposizione degli isolatori o utilizzando un minor numero di isolatori, ma con mescola più dura (rigidezza orizzontale maggiore).

16 Analisi Time-History Accelerogrammi del 6 aprile 2009 gli accelerogrammi utilizzati sono stati registrati dalla RAN (rete accelerometrica nazionale). Tra tutti quelli disponibili è stata scelta la terna di accelerogrammi relativi al terremoto del 6 aprile 2009 registrata dalla stazione AQK localizzata nella valle dell Aterno a L Aquila.

17 Analisi Time-History Accelerogrammi del 6 aprile 2009 La scelta di questa terna è stata effettuata in funzione della vicinanza geografica della stazione rispetto al palazzo Margherita e alla somiglianza delle tipologie di sottosuoli presenti nei due siti.

18 Analisi Time-History Diagramma spostamenti inviluppo del modello non isolato e isolato non isolato isolato

19 Proposta alternativa 1: Sottofondazione con soletta in c.a. per l inserimento di un sistema di isolamento sismico

20 Scavo preliminare fino al livello dell attuale fondazione

21 Successivo scavo di sottocantiere Scavo di altezza opportuna per permettere la successiva ispezione degli isolatori

22 Inizio della costruzione di 2 strisce di soletta in c.a. (superiore e inferiore) Ferri di ripresa sia nella direzione di scavo sia per l ammorsamento delle strisce adiacenti

23 Costruzione del pilastro Posizionamento dell isolatore sul pilastro Creazione di un sistema di bloccaggio dell isolatore per evitare che la struttura sia in parte a base fissa e in parte poggiante su isolatori

24 Avanzamento dello scavo e della costruzione del sistema di isolamento

25 Completamento della striscia considerata Passaggio ad una striscia successiva Problemi: questa scelta può causare situazioni di rischio elevato soprattutto sotto i pilastri isolati

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27 Proposta alternativa 2: Sottofondazione con tubi di piccolo diametro ( mm) inseriti con tecnica spingitubo

28 Tecnica Spingitubo I tubi inseriti possono essere di diverse dimensioni (350 a 3000 mm) e diversi materiali: 1.acciaio; 2.calcestruzzo; 3.cemento armato normale e precompresso; 4.materiali compositi fibrorinforzati; 5.materiali ceramici. Le gallerie possono essere lunghe da una decina di metri ad alcuni chilometri.

29 Proposta alternativa 3: Proposta alternativa 3: Sottofondazione con tubi di grande diametro (fino a 3000 mm) inseriti con tecnica spingitubo

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36 Proposta alternativa 4: Isolamento sismico per mezzo di dissipatori viscosi (esito incerto e tutto da dimostrare)

37 Conclusioni: Le proposta alternative1e2permettono, oltre all eventualità di ispezionare e sostituire gli isolatori, anche la possibilità di inserire un parcheggio sotterraneo al di sotto di palazzo Margherita, che sarebbe interessante sia per la posizione strategica sia per il valore economico. Come conseguenza bisognare tener conto dell elevato costo dovuto agli scavi che potrebbero raggiungere anche la profondità di 6-8 metri. La proposta 3 permette, attraverso la tecnica dello spingitubo, di inserire nel terreno tubi di grosso diametro in modo da formare con una sola operazione sia la soletta superiore sia la soletta inferiore al sistema d isolamento. Data la forma circolare dei tubi inseriti non è possibile, in questo caso, proporre un parcheggio sotterraneo, ma si possono realizzare vie di transito e sottoservizi ispezionabili. L ispezionabilità degli isolatori sarebbe comunque garantita. Per contro la proposta classica dovrebbe portare a di dei costi if inferiori, i i rispetto alle proposte precedenti, soprattutto per il minor approfondimento degli scavi, però verrebbe garantita la sola possibilità di ispezionare e sostituire gli isolatori. Inoltre, questa tecnica prevede un intervento direttamente sulla muratura che potrebbe non essere accettato.